В начале мая текущего года самолет «Аэрофлота» выполнял перелет по маршруту Москва — Бангкок. При подлете к аэропорту лайнер угодил в зону турбулентности, в результате чего его подбросило, а некоторые пассажиры на борту самолета получили различные травмы. По данным авиакомпании, лайнер столкнулся с относительно редким явлением — турбулентностью ясного неба. Спрогнозировать зону такой турбулентности или определить ее местоположение с помощью радара практически невозможно. Мы решили рассказать про это и другие природные явления, с которыми самолетам в воздухе лучше не встречаться.


Турбулентность

Представьте: вы летите в самолете, удобно устроившись в кресле. Только что закончился обед. Впереди отдых на солнечном берегу, пальмы, лазурное море. В иллюминаторе плавно проплывают облака. Вдруг пилот объявляет по громкой связи, что самолет вскоре войдет в зону турбулентности, необходимо пристегнуть ремни, сложить столики и сохранять спокойствие. Вскоре самолет как будто подбрасывает вверх, потом резко опускает вниз и вообще начинается неприятная болтанка. Кто-то из пассажиров громко молится, кто-то смеется, кому-то стало плохо, дети плачут. Все напуганы и думают, что конец уже близок.

Так проявляется турбулентность. Дело в том, что атмосфера Земли — не статичная смесь газов. Она все время находится в движении. В ней всегда есть воздушные течения, области с повышенным или пониженным давлением. В полете самолет постоянно обтекается воздушным потоком. В нормальных условиях этот поток относительно стабилен, то есть он гладкий (ламинарный) в передней части планера самолета и несколько возмущенный в его кормовой части (в хвостовой части воздушные потоки с верхней и нижней частей планера встречаются и смешиваются). В этих условиях самолет летит спокойно, без рывков, с равномерным свистом двигателей.


Но поскольку атмосфера Земли всегда находится в движении, то во время полета самолет часто попадает в различные воздушные потоки, которые так или иначе на него влияют. Пассажиры могут ощущать их как легкое покачивание или же как сильную тряску. В это время один воздушный поток, в который попал самолет, нарушает другой воздушный поток, обтекающий планер лайнера. Из-за этого подъемная сила на некоторых частях корпуса самолета может уменьшаться или, наоборот, увеличиваться. Зоны, в которых самолет попал в другое воздушное течение, и называются зонами турбулентности.

Они возникают в самых разных местах. Например, на стыке теплых и холодных воздушных потоков (над горами или на стыке моря и суши) или на границе облаков (облака — взвесь капелек воды в воздухе, по своей плотности резко отличающаяся от окружающего воздуха). Если вы летите из Москвы в турецкую Анкару над Черным морем, то скорее всего вас будет трясти там, где море переходит в берег Турции. Довольно часто самолет трясет при взлете и посадке. Тут лайнер либо проходит облачную пелену, если таковая имеется, либо сталкивается с так называемыми термиками — неоднородными восходящими потоками теплого воздуха.

В большинстве случаев зоны турбулентности можно спрогнозировать. Если пилоты видят большое облако по курсу, они его облетят — там скорее всего будет трясти. Погодные радары на борту самолета также могут определять зоны турбулентности. Но есть явление, которое называется турбулентностью ясного неба. Это болтанка в чистом синем небе, в котором нет ни намека на облачко. Предсказать такое явление очень сложно. Причин возникновения турбулентности ясного неба может быть несколько: от пересечения воздушных течений до появления спутных следов других самолетов (вихревых течений за лайнерами).

Пилоты самолетов обычно хорошо подготовлены к встрече с турбулентностью, и даже если она возникает неожиданно, летчики могут быстро выровнять самолет и постараться уйти из зоны болтанки. При этом все современные лайнеры оборудованы множеством вспомогательных систем, которые вовремя предупреждают летчиков о различных опасных явлениях (например, опасном отрыве воздушного потока от крыла). Последний раз катастрофа из-за турбулентности произошла в 2001 году. Тогда вскоре после взлета из аэропорта в Нью-Йорке лайнер A300 попал в спутную струю другого самолета и разбился. Все 260 человек на борту погибли.


Огни святого Эльма

Помимо турбулентности ясного неба пилотам знакомо и другое явление, не менее редкое. Речь идет об огнях святого Эльма, получивших свое название в честь католического покровителя моряков. Впервые с таким названием оно упоминается в морских документах 1886 года, хотя само явление описывалось и прежде. Например, о нем говорится в «Записках об Африканской войне» Гая Юлия Цезаря. Изначально огни святого Эльма наблюдали моряки во время грозы или незадолго до нее. Проявлялось оно так: на острых концах высоких мачтовых конструкций появлялись яркие светящиеся шарики.

Огни — это коронные разряды, возникающие на высоких и острых предметах из-за большой напряженности электрического поля в атмосфере. Чаще всего так бывает перед грозой, но огни святого Эльма можно наблюдать и вблизи извергающего вулкана (из-за трения частичек вулканической пыли в воздухе атмосфера насыщается статическим электричеством). Сегодня в море огни святого Эльма встречаются очень редко — современные корабли лишены мачт и высоких конструкций.

В авиации огни святого Эльма появляются на стыках ветровых стекол и корпуса самолета, законцовках крыльев и статических разрядниках при пролете вблизи от грозового фронта или через него. Огни святого Эльма возникают в любое время суток, но днем они практически не видны, а вот ночью заметны хорошо. В темном небе на кончиках крыла вдруг начинают разгораться как будто бы синие шарики. По поверхности крыла ближе к передней кромке появляется синеватая или беловатая дымка. На ветровых стеклах в кабине экипажа наблюдается такая же светящаяся дымка, которая периодически гаснет и превращается в разряды электричества.

Огни святого Эльма обычно не опасны. По верхнему слою металлического корпуса самолета электричество постепенно стекает в атмосферу, как правило не причиняя вреда ни самолету, ни пассажирам. Но неизвестно наверняка, не могут ли коронные разряды повредить лайнеру в каких-нибудь крайне редко встречающихся ситуациях. Считается, например, что огни святого Эльма стали одной из причин авиакатастрофы лайнера Airbus A330, летевшего из Рио-де-Жанейро в Париж. Через 23 минуты после взлета самолет упал в Атлантический океан. Все 228 человек, находившихся на его борту, погибли. Это пока единственный в истории авиации случай, когда огни святого Эльма были названы одной из причин катастрофы.


Громы и молнии

Нередко самолетам приходится сталкиваться в воздухе непосредственно с грозой. В первую очередь такое столкновение сопровождается той самой болтанкой. Дело в том, что гроза — это всегда множество воздушных течений, пересекающихся и смешивающихся друг с другом. Такие течения вкупе с неоднородной плотностью облаков создают зоны турбулентности, где самолет начинает швырять из стороны в сторону. В этой болтанке пассажиры и без того чувствуют себя, мягко говоря, неуютно. И тут один из них замечает, как в крыло ударила молния. Паника в этом случае гарантирована.

Но на самом деле бояться особо нечего. Молнии для самолета практически не представляют опасности. Вы наверняка видели шоу, в котором человек заходит в металлическую клетку (клетку Фарадея), расположенную между катушками Тесла. Катушки включают, в клетку начинают бить молнии, но с человеком внутри ничего не происходит. В воздухе самолет как раз представляет собой такую клетку. Если в него попадает молния, электрический разряд проходит по корпусу и благополучно стекает в атмосферу. Иногда в местах входа и выхода разряда может произойти незначительное оплавление, да и то оно возможно лишь на стыках, где возникает искра.

Для того чтобы дополнительно защитить самолет от воздействия молний, его оснащают так называемыми электростатическими разрядниками. Обычно они выполняются либо в виде металлических штырьков, частично покрытых изоляцией, либо в виде метелок проволоки. Разрядники устанавливаются в нескольких местах на фюзеляже, а также на задней стороне крыла. В полете самолет трется о воздух, в результате чего на его поверхности накапливается статический заряд. Этот заряд может ухудшать работу систем связи и «притягивать» молнии. Благодаря электростатическим разрядникам лишний заряд стекает в атмосферу.

Кроме того, некоторые современные пассажирские самолеты оснащаются системами нейтрального газа. Они представляют собой сложный фильтр, пройдя через который забортный воздух лишается части кислорода — на выходе из такой системы содержание кислорода в газовой смеси обычно составляет 12–15 процентов. Эта газовая смесь постепенно, по мере убывания топлива, подается в топливные баки. Делается это для того, чтобы при неудачном попадании молнии пары горючего в баках не загорелись.

В целом, каждый из самолетов во всем мире в течение года несколько раз попадает под разряд молнии и при этом ничего страшного не происходит. Тем не менее, на самолетах, лишенных современных систем защиты, молнии могут натворить немало бед. Так, 22 июня 2000 года молния попала в китайский самолет Y-7 (копия советского Ан-24), заходивший на посадку. В результате в топливных баках взорвались пары топлива, самолет развалился на две части и упал. Все 45 человек на борту самолета погибли. Кроме того, жертвами упавших обломков на земле стали еще семь человек.


Обледенение

Наибольшую же опасность в полете для самолета представляет обледенение. На высоте, особенно в условиях облачности, присутствуют пары воды. В полете водяной пар может конденсироваться на поверхности планера самолета, в результате чего сначала образуются капельки переохлажденной воды (на большой высоте очень холодно), которые затем смерзаются в ледяную корку. В ходе полета эта корка может все больше и больше утолщаться и под действием набегающих потоков воздуха принимать самые причудливые формы.

Из-за ледяной корки самолет становится тяжелее, но опасность заключается не в этом. Лед, налипший на поверхность планера самолета, нарушает нормальное обтекание его воздушным потоком. Из-за этого крыло самолета, например, может перестать создавать достаточную для нормального полета подъемную силу. Кроме того, ледяная корка может заблокировать некоторые подвижные элементы крыла, из-за чего самолет потеряет управление. Обледенение чаще всего происходит в зоне облаков или при быстром снижении.


Сегодня перед отправкой самолета в рейс его планер обрабатывают специальным антиобледенительным составом — жидкостью, которая мешает капелькам воды прилипать к поверхности лайнера. Кроме того, современные лайнеры оснащаются системами раннего предупреждения об обледенении и различными противообледенительными системами. В частности, под обшивкой современных самолетов могут устанавливаться специальные пластины, которые при подаче на них напряжения нагреваются и растапливают лед. Лайнеры могут быть оснащены и пневматическими системами — небольшими подушками на обшивке, которые накачиваются воздухом и крошат лед.

Но опаснее всего в воздухе — обледенение двигателей. У них есть холодные зоны: воздухозаборник, вентилятор и несколько первых ступеней компрессора. Образующийся на их лопатках лед может мешать сжатию воздуха, тем самым ухудшая общую работу силовой установки. Кроме того, от ледяной корки могут откалываться крупные куски, способные повредить внутренние элементы двигателя. Систем, позволяющих обнаруживать начало обледенения двигателя, сегодня не существует, поэтому пилоты стараются облетать зоны высокой облачности, чтобы избежать неприятностей.

Надежного алгоритма, позволяющего спрогнозировать обледенение в двигателе, тоже пока не существует. Дело в том, что воздух, поступающий в силовую установку, претерпевает сильные температурные колебания, нагреваясь из-за торможения и сжатия на входе воздухозаборника и резко остывая из-за расширения в камере за входом или в зоне после вентилятора. Из-за этого обледенение в двигателе может происходить при температуре окружающего воздуха в плюс 5–10 градусов Цельсия. По оценке NASA, в десяти процентах авиакатастроф одной из причин (или основной причиной) происшествия является как раз обледенение.


Радиация

Помимо турбулентности, молний и обледенения, некоторую опасность представляет и радиация, причем не для самого самолета, а для его пассажиров. Дело в том, что на высоте радиационный фон выше, чем на поверхности Земли. Обычно уровень излучения увеличивается в два раза через каждые два километра высоты. Поэтому длительный перелет на самолете сопоставим с полноценным рентгеновским исследованием. Например, по количеству полученной радиации перелет продолжительностью 12,5 часа на высоте 11 тысяч метров сопоставим с рентгеновским исследованием органов грудной клетки.

В периоды повышенной солнечной активности радиационный фон на высоте может существенно превышать нормальные показатели. Обычно уровень излучения на одной и той же высоте больше у полюсов и меньше на экваторе. Тем не менее, для здорового взрослого человека частые перелеты не опасны, хотя радиация может представлять угрозу маленьким детям. По этой причине от перелетов рекомендуют воздерживаться детям и беременным женщинам. В феврале текущего года выяснилось, что в атмосфере существуют и целые «облака радиации».

«Облака радиации» — название, которое явлению дали специалисты NASA. Они представляют собой зоны, в которых радиационный фон значительно повышен по сравнению с соседними областями, причем в некоторых случаях излучение может быть опасным. «Облака радиации» были обнаружены во время исследования по программе ARMAS (Automated Radiation Measurements for Aerospace Safety, автоматическое измерение излучения для аэрокосмической безопасности). 

Всего самолеты NASA, оборудованные системами измерения излучения в режиме реального времени, выполнили 213 полетов в 2013–2016 годах. В подавляющем большинстве полетов уровень радиации по мере набора высота увеличивался в пределах нормы. Однако в шести случаях самолеты NASA зафиксировали значительное увеличение излучения, иногда вдвое превышавшее нормальный для этой высоты фон. По данным исследователей, эти всплески радиоактивности совпали с геомагнитными бурями. Подобное повышение радиоактивного фона исследователи склонны связывать с высвобождением электронов из радиационного пояса Земли, происходящим во время геомагнитных бурь.

Какие-либо конкретные выводы исследователи NASA пока еще не сделали. В ближайшее время американцы планируют провести дополнительные исследования, чтобы собрать больше информации об «облаках радиации». Если будет доказана опасность таких зон для людей, в будущем диспетчерские службы могут начать уведомлять пилотов не только об областях турбулентности, но и об участках с повышенной радиацией. Пока же никаких рекомендаций в связи с «облаками радиации» пилотам не выдают.

Сегодня самолеты считаются самым безопасным видом транспорта, но, несмотря на это, они относятся к видам транспорта повышенной опасности. Мы привыкли ходить по земле, чувствуем себя здесь в безопасности, хотя все равно не избавлены от неожиданностей. В воздухе же опасностей гораздо больше чем на земле, но, к счастью, многие из них можно спрогнозировать.

Василий Сычёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.